Исследование алгоритмов вторичной обработки радиолокационной информации учебное пособие к лабораторной работе. Принципы, способы и классификация третичной обработки радиолокационной информации Вторичная обработка информации вои обеспечивает

Назначение РЛС и САРП

РЛС предназначена для обнаружения радиолок объектов, находящихся в пределах дальности обнаружения. Используется в: усл огр видимости, прибрежного плавания, сложных навиг усл.

Принцип действия РЛС

РЛС состоит из 2 частей: сканер (антеннавращающее устр-во, приемо-передатчик) и индикаторное e-во, *прибор контроля излучения.

Структурно-функциональная схема РЛС

Особенности процессов излучения, распространения, отражения и приема радиоволн.

Отражающие свойства объекта зависят от формы, ракурса, материала и тд.

Принцип измерения дальности и направления в НРЛС

Дальности: неподвижные кольца, подвижное кольцо, электронный визир, курсор.

Направления: механический и электронный визир отсчета направлений, отсчет угла (КУ, ИП)

Ориентации изображения в РЛС и САРП Индикации движения «ОД» (относительное движение) и «ИД» (истинное движение); особенности формирования и использования; коррекция данных курса и скорости, вводимых при ИД в индикатор от ГК и ЛАГа.

ОД – все движение относительно моего судна (судно в центре экрана)

ИД – идем по радару как по карте.

Ориентация: курс head-up – влияние рысканий, север north-up – согласование с ГК, курс стабилизированный course-up.

Основные технические характеристики НРЛС (Импульсная мощность, Длина волны излучения, Длительность излучаемых импульсов, Период следования излучаемых импульсов, Ширина диаграммы направленности антенны (ДНА) в горизонтальной и вертикальной плоскостях, Чувствительность РЛС, Диаметр и рабочий диаметр экрана, Диаметр рисующего пятна.

Импульсная мощность – мощность, которая излучается в эфир. В совр РЛС она составляет от ед до сотен кВт. Определяется типом магнетрона, длиной волнового тракта, типом антенного у-ва.

Длина волны излучения – трехсантиметровый (9ГГц) x-band, десятисантиметровый (3ГГц) s-band.

Период следования – период, через который передатчик излучает энергию в пространство, зависит от шкалы дальности.

Ширина диаграммы направленности – горизонтальная ок 30град, вертикальная 1,5град.

Чувствительность – способность обнаруживать малые сигналы (10 в -13 В).

Диаметр и диаметр рабочего экрана – 180, 250, 320мм

Диаметр рисующего пятна – 0,1мм

Основные эксплуатационные характеристики НРЛС (Погрешности измерения координат, Минимальная дальность действия, Минимальная дальность обнаружения, Мертвая зона, Теневые секторы в горизонтальной и вертикальной плоскости, Максимальная дальность действия, Максимальная дальности обнаружения объектов, Влияние загиба земли, Влияние подстилающей поверхности, Разрешающая способность станции по дальности, Разрешающая способность по направлению.

Погрешности измерения зависят от шкалы дальности, настройки РЛС, длителности зонд импульса, составляет 1%

Минимальная дальность: а) действия – миним расстояние, с которого на вход начинают действовать отраженные сигналы, это определяется длит зонд импульса (1мкс = 150м => ничего не видно на 150 м); б) обнаружения – хар-ка, учитывающая длит зонд импульса плюс время восстановления чувствительности.

Мертвая зона – зона, которая определяется высотой установки антенны и шириной диаграммы направленности.

Максимальная дальность: а) действия – дальность, ограниченная периодом повторения импульса, который зависит от мощности и коэфф усиления антенны; б) обнаружения – зависит от высоты установки антенны, вида рефракции, хар-к облучаемого объекта, длины ант-волн тракта и настройки РЛС, является вероятностной хар-кой.

Влияние загиба земли – D = к*(корень(h1)+корень(h2))

Влияние подстилающей поверхности – подстилающая поверхность изменяет коэфф усиления от 0 до 16 раз. На экране РЛС это приводит к синусоидальному изменению яркости сигнала в зависимости от изменения расстояния.

Разрешающая способность станции: а) по дальности – это миним расстояние между 2 точками, при кот возм наблюдать цели раздельно. Зависит от длит импульса и кач настройки станции. Составляет 15-20м; б) по направлению – расстояние между 2 равноудаленными целями, при кот они наблюдаются раздельно. Зависит от ширины диагр напр.

Требования IMO к НРЛС. (Отображение информации, Набор шкал дальности индикатора, Индикация шкал дальности, Вид информации, высвечиваемой на эффективной площади радиолокационного изображения, Многоцветность изображения на экране, Изображение системной электронной карты).

Дальность обнаружения: берег 15М, 5000т 7М, 10м 3М, буй 2М. Миним дальность обнаружения 50м. Индикатор 180, 250, 320мм. Многоцветность допускается, но базовое изобр д.б одного цвета с тонами. Шкалы: 0.25nm, 0.5nm, 0.75nm, 1.5nm, 3.0nm, 6.0nm, 12.0nm, 24nm, 48nm и 96nm. Качка 10-15град не должна приводить к ухудшению изобр. Скорость обращения антенны 20раз/мин. Режим ИД и ОД. Изображение ЭКНИС с 2012, содержание: бер линию, контур безоп глубин для собственного судна, навиг опасности.

Помехи радиолокационному наблюдению, их особенности и опознавание. (Шумы приемника и атмосферы, Помехи соседних РЛС («несинхронные помехи»), Отметки на ложной дальности; режим вобуляции, Помехи из-за многократного переотражения и боковых лепестков; «местники», Помехи от взволнованной поверхности моря; временная автоматическая регулировка усиления (ВАРУ), Помехи от гидрометеообразований; цепочка малой постоянной времени (МПВ). Оптимальные приемы настройки и использования ВАРУ и МПВ.)

Помехи от моря: их в-на уменьшается по мере удаления от судна, на экране засветка 3-4М вокруг, на дальности 1-2М почти одна засветка. Для борьбы с помехой исп-ся ВАРУ (!3 нрафика). Ручка д б настроена так, чтоб на экране были следы от помех, яркость которых меньше потенциальной яркости.

Помехи от гидрометео образований: бывают от любых ГМ образований, борются ручками МПВ (малое подвижное время) – компенсация помех. Либо используется 10см диапазон.

Шумы приемника и атмосферы: на экране хаотичные всплески, интенсивность зависит от уровня усиления, выбор на 2-3 всплеска на 1кв.см ручкой grain.

Помехи от соседней РЛС: крылышко.

Синхронная помеха: спираль.

Синхронная импульсная: сектор в направлении источника.

Ложные цели: а) переотражение (рис переотражение от трубы), б) переотражение от препятствий (длительное наблюдение), в) засчет многократного переотражения (цепочки целей), г) засчет боковых лепестков (дуга из точек), д) засчет токонесущих кабелей, е) засчет сверхрефракции, ж) преднамеренно вводимые помехи.

Средства автоматической радиолокационной прокладки (САРП). (Захват целей на автосопровождение, Варианты захвата ручной и автоматический, Критерии захвата.)

САРП используется как: - ср-во, повышающее безоп мореплавания в р-нах интенсивного судоходства, вблизи берегов, в зонах раздел движения, узкостях, фарватерах, - навигационный датчик, необх судоводителю для правильной оценки ситуации и принятия обоснованного решения для расхождения.

Последовательность действий: получение инф, обнаружение объекта, измерение координат, опред пар-ров движения цели, опред пар-ров встречи, оценка ситуации встречи, планирование маневра, выполнение маневра и его контроль.

Захват: ручной и автоматический (для проверки наличия применяется критерий захвата – кол-во непрерывных последовательных обнаружений цели при последовательных обзорах – 3х3, 5х5, 15х15).

САРП. Первичная обработка радиолокационных сигналов (квантование, фильтрация, обнаружение полезных сигналов, обнаружение и опознавание (классификация) объектов, измерение координат объектов; особенности выполнения, используемые критерии захвата).

1) преобразование сигнала в цифровую форму (квантование, дискретизация, кодирование), 2) внутриимпульсная фильтрация, межобзорная фильтрация, 3) обнаружение полезного сигнала, 4) захват цели на сопровождение, 5) сопровождение цели.

САРП. Вторичная обработка радиолокационной информации: Формуляр

1) сглаживание координат, 2) выработка пар-ров движения и сближения, 3) оценка ситуации встречи, 4) планирование и проигрывание маневра.

При выработке формуляра задержки: 1мин – время обработки предв инф, 3мин – время выработки максим точности. Точность: пеленг 0,5 и 1,5град, курс цели 3град, скорость 1уз, Дкр 1/4М, Ткр 1мин.

ГЛАВА I

Пространственно-временная обработка

радиолокационной информации

1.1. Принципы получения радиолокационной информации

Получение радиолокационной информации базируется на следующих ос­новных принципах.

1. Информация получается путем возмущения среды распространения различ­ными объектами, в частности за счет излучения объектом радиоволн.

2. Для получения необходимой информации учитываются и используются ре­альные закономерности распространения радиоволн в пространстве.

3. Выделение слабых сигналов, приходящих от объектов, и разрешение объек­тов обеспечивается за счет различий сигналов и помех, а также сигналов от разных объектов между собой.

4. Информация об объектах получается параллельно или последовательно во времени и выдается в виде информационных потоков.

К видам излучения относятся: вторичное излучение, переизлучение и собственное излучение радиоволн. В первых двух случаях радиолокатор излу­чает в направлении на объект мощный сигнал (зондирующий сигнал); в по­следнем случае облучения объекта не требуется. Радиолокация с использовани­ем вторичного излучения и переизлучения называется активной, а радиолока­ция с использованием собственного излучения - пассивной.

Радиолокация с пассивным ответом основана на том, что радиолокацион­ная станция (РЛС) излучает электромагнитные колебания, которые отражаются от объекта и попадают в приемник в виде отраженного сигнала. Важным требо­ванием к объектам в этом случае является отличие их отражающих свойств от отражающих свойств окружающей среды. Явление вторичного излучения по­зволяет обнаружить объекты, не являющиеся источниками собственных радио­излучений или переизлучений (рис. 1.1, а).

Радиолокация с активным ответом (рис. 1.1, б), именуемая иногда как вторичная радиолокация (в первом случае радиолокация первичная), характеризуется тем, что ответный сигнал является не отраженным, а переизлученным с помощью специальных средств (ответчики - ретрансляторы). При этом зна­чительно повышается дальность и контрастность радиолокационного наблюде­ния, улучшается помехоустойчивость. Данный метод широко применяется для определения государственной принадлежности воздушных судов (с помощью специальных кодов). В гражданской авиации метод активного ответа использу­ется весьма широко, так как с его помощью можно получить много дополни­тельной полетной информации (номер борта, высота полета и др.).

Системы активной радиолокации могут быть совмещенными и разнесен­ными. В совмещенном радиолокаторе передающее и приемное устройство рас­полагаются совместно, при этом возможно поочередное использование одной и той же антенны на передачу и прием.

В разнесенной системе передающее и приемное устройства располагают­ся на определенном удалении друг от друга.

Пассивная радиолокация основана на приеме собственного радиоизлуче­ния объектов (рис. 1.1, в). Электромагнитные колебания создаются элементами объекта: его нагретыми частями (тепловое излучение в диапазоне инфракрас­ных или миллиметровых волн), радиотехническими устройствами связи, нави­гации, локации, радиопротиводействия, а также колеблющимися частицами ио­низированных участков атмосферы в окрестности объекта. Прием может осу­ществляться одним или несколькими разнесенными приемными устройствами.

При определении координат воздушных объектов в любой радиолокаци­онной системе используются определенные закономерности распространения радиоволн. Ограничимся случаем распространения радиоволн в свободном пространстве, которое является однородным, изотропным и недиспергирующим. Для всех точек такого пространства скорость распространения радиоволн одинакова, не зависит от поляризации волны и частоты колебаний (c=3*10 8 м/сек). При этом зондирующий и отраженный сигналы распростра­няются по прямолинейной траектории и без искажения своей формы. Время запаздывания Г 3 отраженного сигнала относительно зондирующего (рис. 1.2) для разнесенной системы определяется соотношением

Концентрация излучаемой энергии в ка­ком-то одном направлении и направленный прием обеспечивают существенное увеличение дальности радиолокации. Появляется возможность измерять угло­вые координаты воздушных объектов - азимут и угол места, например, по мак­симуму отраженного сигнала, а также разрешать объекты по угловым коорди­натам (рис. 1.3).

Ширина диаграммы направленности антенны радиолокатора определяется со­отношением ее геометрических размеров к длине волны. Поэтому высокие на­правленные свойства обеспечиваются за счет увеличения размеров антенны и использования дециметрового, сантиметрового и миллиметрового диапазона волн.

Даже при остронаправленном облучении объекта от его поверхности от­ражается незначительная часть излучаемой энергии. Еще в большей степени рассеяние энергии проявляется на пути от объекта до приемной антенны в силу слабой направленности вторичного излучения. Приходящие сигналы, особенно на больших дальностях, оказываются слабыми и необходимо принимать меры для их выделения на фоне помех и шумов. К числу таких мер относятся: увели­чение средней мощности сигналов передатчиков, габаритов антенн, примене­ние малошумящих приемников. Должна предусматриваться такая обработка смеси слабых сигналов и помех, при которой обеспечивается наилучшее ис­пользование взаимных различий сигнала и помех.

Большинство современных радиолокаторов формируют поток информа­ции об объектах в участке пространства, содержащем большое число разре­шаемых объемов. При этом могут использоваться принципы последовательно­го, параллельного или параллельно-последовательного составления потока ин­формации.

Принцип последовательного обнаружения объектов радиолокатором с лучом игольчатого типа наглядно изображен на рис. 1.4. Закон перемещения луча может быть различным, например, по спирали.

Путем создания пучка игольчатых лучей (рис. 1.5) реализуется принцип параллельного получения нескольких потоков информации. Каждому из лучей необходим свой приемник.

Если по одной из угловых координат (углу места) поток информации по­лучается параллельно, а по другой (азимуту) - последовательно, имеет место параллельно-последовательное составление потока информации.

Последовательные, параллельные и параллельно-последовательные пото­ки информации могут быть образованы также с помощью двух и более разде­ленных радиолокаторов. Например, радиодальномеры с диаграммой, изобра­женной на рис. 1.6 сплошной линией, образуют последовательный поток ин­формации об азимуте объектов. Специальные радиолокаторы (высотомеры) с узкой диаграммой направленности в вертикальной плоскости (пунктир на рис. 1.6) производят последовательный обзор по углу места и определяют высо­ту объектов на тех азимутах, где они обнаружены дальномером.

Для объединение и обработки информации нескольких радиолокаторов могут создаваться радиолокационные узлы (рис. 1.7). Несколько радиолокаци­онных узлов, обменивающихся информацией, образуют радиолокационную систему (рис. 1.8).

Средства радиолокации широко используются для решения задач радио­навигации, связанных с определением местоположения воздушных судов и других движущихся объектов. На рис. 1.9 изображено местоположение объекта Ц в пространстве, которое может быть отображено в сферической системе ко­ординат (D, β, ε) либо в цилиндрической системе координат (D г,β, Н).

На рисунке обозначено: D - наклонная дальность (или просто дальность); Dp - горизонтальная дальность; ft - азимут (угол между направлением на север и проекцией направления на объект в горизонтальной плоскости, отсчитываемой по часовой стрелке); £ - угол места (угол между проекцией направления на объект в горизонтальной плоскости и направлением на объект); Н - высота объекта.

Для радиолокации характерно, что весь процесс определения координат производится из одной точки (на рисунке точка О). Исключение составляют разнесенные радиолокационные системы. Непосредственно определяемыми координатами являются D, Д е. При этом можно считать, что объект Ц распо­ложен в точке пересечения трех поверхностей: сферы радиусом D и двух плос­костей (вертикальной, проходящей через точку Ц и наклонной, расположенной под углом s к горизонту). Эти поверхности являются геометрическим местом точек пространства, в которых данный измеряемый параметр постоянен, и на­зываются поверхностями положения. В навигации используются следующие методы определения местоположения объектов: дальномерный, основанный на измерении дальностей от двух различных точек (линия положения - окружно­сти); угломерный (пеленгационный), когда пеленгаторы, расположенные в раз­личных точках, определяют направления (линии положения - прямые); дальномерно-угломерный; разностно-дальномерный, когда измеряется разность расстояний от двух точек (линии положения - гиперболы) и др.

1.2. Пространственно-временная обработка

Радиолокационная информация об объектах содержится в пространственно-временном сигнале (ПВС), отраженном или излученном объектами. Ра­диолокационная информация извлекается из ПВС путем его пространственно-временной обработки, отражающей две формы существования поля. Векторное электромагнитное поле (в отличие от скалярного) характеризуется пространст­венно-временной и поляризационной структурой, поэтому пространственно-временная обработка сигнала включает три компоненты: временную, простран­ственную и поляризационную.

Следует различать принципы, способы, схемотехнику и язык описания пространственно-временной обработки сигнала.

Принципы пространственно-временной обработки сигнала сводятся к совокупности следующих трех доказанных ранее положений.

Во-первых, пространственно-временная обработка сигнала делится на два этапа: этап подавления помехи и этап выделения сигнала.

Во-вторых, подавление помехи осуществляется путем пространственно-временного дифференцирования или спектральной режекции по всему пространству наблюдения.

В-третьих, выделение сигнала осуществляется путем когерентного про­странственно-временного интегрирования или спектральной фильтрации на оп­ределенном интервале пространства наблюдения и последующего некогерент­ного пространственно-временного интегрирования на оставшемся интервале пространства наблюдения.

Способы пространственно-временной обработки сигнала: корреляцион­ный и фильтровой (возможно их сочетание). Корреляционный способ обработки предполагает наличие опорного сигнала (прообраза принятого), перемножение опорного и принятого сигналов и интегрирование (по каждому элементу раз­решения пространства наблюдения). Фильтровой способ обработки предполагает наличие одного пространственно-временного фильтра, импульсная харак­теристика которого согласована с пространственно-временной структурой сиг­нала и который обладает многомерной инвариантностью (в общем случае - ко времени запаздывания, угловому положению цели и доплеровскому смещению частоты). Оба способа обработки приводят к формированию корреляционного интеграла, модульное значение которого однозначно связано с отношением правдоподобия. Многоканальность в сочетании с простотой каждого канала при корреляционной обработке и сложность одного (единственного) простран­ственно-временного фильтра с многомерной инвариантностью при фильтровой обработке - главные привлекательные и отпугивающие характеристики этих способов.

Схемотехника, используемая для реализации корреляционного и фильт­рового способов обработки сигнала, может быть аналоговой, цифровой и опти­ческой.

Существует 2 языка описания пространственно-временного сигнала и пространственно-временной обработки - пространственно-временной и спек­тральный. Пространственно-временной язык адекватно отражает две формы существования материального мира с привычными пространственно-временными координатами х, у, z, ?, состоящего из вещества и поля, в котором мы живем. Спектральный язык, в основе которого лежит преобразование Фурье пространственно-временного процесса, описывает процессы, явления и свойст­ва материального мира в мерности другого - спектрального пространства с ко­ординатами со*, (£> у, co z , со, являющимися пространственными и временной час­тотами. Спектральный язык - это искусственный язык, нашедший в силу ряда удобств широкое распространение, особенно в радиотехнике, оптике, акустике.

Например, сформулированные выше принципы пространственно-временной обработки сигнала изложены на двух языках. Так, принцип подавления помехи на пространственно-временном языке сформулирован как про­странственно-временное дифференцирование, а на спектральном - как спек­тральная режекция. Принцип выделения сигнала на пространственно-временном языке сформулирован как пространственно-временное интегриро­вание, а на спектральном - как спектральная фильтрация.

Пространственно-временная обработка принятого сигнала является осно­вой решения всех задач радиолокационного наблюдения: обнаружения, распо­знавания, измерения, а, следовательно, основой получения всей радиолокаци­онной информации (о наличии или отсутствии цели, о классе или типе цели, о координатах и параметрах движения цели). Действительно, сформировав отно­шение правдоподобия или любую иную величину, однозначно с ним связан­ную, и испытав их на порог, можно принять решения о наличии или отсутствии цели по всем элементам разрешения пространства наблюдения с показателями качества F и D гарантирующими минимальный средний риск, т.е. решить зада­чу обнаружения.

Аналогичным образом сформировав в результате пространственно-временной обработки сигнала отношение правдоподобия по каждому элементу пространства распознавания и обеспечив тем самым получение радиолокаци­онного портрета целей как распределения комплексных амплитуд принятого сигнала по всем элементам пространства распознавания, осуществив в даль­нейшем М-канальную обработку портретов в соответствии с заложенными в эти каналы априорными сведениями об М классах распознаваемых целей, срав­нив результаты обработки и выбрав большее, можно принять решение о классе распознаваемой цели с показателями качества D K , F K , гарантирующими мини­мальный средний риск решения в условиях многоальтернативного выбора, т.е. решить задачу распознавания. И, наконец, сформировав отношение правдопо­добия и подобрав тем или иным способом такое значение измеряемого пара­метра, при котором отношение правдоподобия максимально, можно измерить координату или параметр движения цели с минимальной ошибкой, т.е. решить задачу измерения.

Таким образом, осуществляя полную пространственно-временную обра­ботку принятого сигнала и решая на этой основе задачи обнаружения, измерения, распознавания, можно получить необходимую радиолокационную инфор­мацию о целях.

1.3. Пространственно-временная обработка радиолокационной информации

Обработка радиолокационной информации предполагает объединение не на уровне сигналов, а на уровне первичной информации, т.е. единичных реше­нии о наличии и классе целей и единичных (разовых) оценок координат и па­раметров движения целей.

Пространственно-временная обработка включает: первичную обработку сигнала, вторичную и третичную обработку информации.

Под первичной обработкой подразумевается обработка принятого сиг­нала в одном пункте приема за один радиолокационный контакт с целью. Та­ким образом, такая обработка ограничена по пространству и по времени. Про­странство ограничено размерами антенной системы (единицы метров), а время - временем наблюдения (единицы - десятки миллисекунд). При этом с опреде­ленным качеством (вероятностями правильных и ложных решений, ошибками измерения) могут решаться все задачи радиолокационного наблюдения (обна­ружение, измерение, распознавание). Такую обработку сигнала принято назы­вать первичной, а извлекаемую из принятого сигнала в результате ограничен­ной по пространству и времени обработки информацию - первичной радиоло­кационной информацией, подразумевая под ней единичные решения о наличии или отсутствии целей, о классе целей, единичные оценки-замеры координат или параметров движения целей.

Как правило, в каждом пункте наблюдения к цели обращаются не один раз, а многократно. Если первичную информацию о целях объединить во времени за несколько циклов обращения к цели, то качество радиолокационной информации улучшится. Процесс объединения во времени первичной радиоло­кационной информации принято называть вторичной обработкой радиолока­ционной информации. В результате объединения во времени единичных ре­шений о наличии или отсутствии цели в том или ином элементе разрешения пространства наблюдения улучшаются характеристики обнаружения, а в ре­зультате объединения во времени единичных решений о классе цели улучша­ются характеристики распознавания. Объединением во времени единичных оценок-замеров координат и параметров движения цели уменьшаются ошибки измерения. Вторичная обработка позволяет уменьшить влияние естественных и искусственных помех, расширить объем получаемой информации путем вы­числения скорости и курса объектов или его траектории. Способы объединения во времени первичной информации и его характеристики составляют содержа­ние проблемы вторичной обработки радиолокационной информации.

Если радиолокационная система состоит из нескольких пунктов наблюдения (приема), то первичную информацию о целях можно объединить не только по времени, но и по пространству. При этом качество радиолокационной информации улучшится. Процесс объединения по пространству первичной (или вторичной) информации о целях принято называть третичной обработкой ра­диолокационной информации. Третичная обработка тоже приводит к улуч­шению характеристик обнаружения, распознавания и измерения.

Следует отметить, что первичная обработка сигнала (из одного пункта за время наблюдения) в сочетании с вторичной и третичной обработкой информа­ции не эквивалентна полной пространственно-временной обработке сигнала. Дело в том, что вторичная и третичная обработка первичной РЛИ заранее пре­допределяет некогерентное пространственно-временное объединение результа­тов первичной обработки. Типичными примерами такого объединения являют­ся АСУ воздушным движением ГА, основу которых составляют группировки некогерентных по времени и по пространству РЛС.

Однако в общем случае при многопозиционном построении радиолокационной системы с взаимной привязкой (позиций) не только по времени, но и по частоте и по фазе результаты первичной обработки сигналов, разделенные по времени и пространству, могут иметь корреляционные связи, которые долж­ны быть использованы при полной пространственно-временной обработке сиг­нала.

На рис. 1.10 изображена классификация пространственно-временной об­работки информации.

1.4. Физический смысл пространственно-временной обработки сигналов на фоне помех в адаптивных антенных решетках

Реализация адаптивных методов в радиолокации стала возможной в связи с появлением и интенсивным развитием антенных решеток. Чтобы правильно понимать и оценивать возможности таких адаптивных РЛС, необходимо рас­смотреть особенности обработки сигналов в антенных решетках и формирова­ние ими диаграмм направленности.

На рис. 1.11, а изображена диаграмма направленности (ДН) решетки, со­держащей 8 элементов в полярных координатах. Она формируется в результате весового суммирования напряжений отдельных элементов решетки на частоте . Если теперь обеспечить задержку во времени выходных сигналов от отдель­ных элементов, как это показано на рис. 1.11, б, то в результате главный лепе­сток ДН повернется на угол , где с-скорость распростране­ния сигналов в среде, d - расстояние между элементами антенной решетки,

Относительный сдвиг фазы между соседними элементами решетки.

Рис. 1.11. Диаграммы направленности 8-элементной антенной решетки:

а - исходная, б - для приема сигналов при отклонении ДН от нормали к плоскости решетки

Изменяя величины задержки выходных сигналов во времени от от­дельных элементов, можно обеспечить электрическое управление главным лепестком ДН в заданном угловом секторе.

Отношение сигнал-шум на выходе антенной решетки уменьшается при попадании на ее элементы мешающих сигналов по главному и боко­вым лепесткам. Отношение сигнал-шум падает также из-за изменения пространственных положений источников помех во времени, неудачного расположения антенной системы, а также из-за движения луча. Сказанное иллюстрирует рис. 1.12, а, где показана та же антенная решетка, что и на

Помехи \

Помела \

Рис. 1.12. Диаграмма направленности 8-элементной антенной решетки при воздействии

одного источника помехи:

а - исходная, б - с нулем, сформированным в направлении на источник помехи

рис. 1.11, а, но с направления, указанного пунктиром поступает помеховый сиг­нал с частотой . Он принимается по одному из боковых лепестков ДН. И если его мощность достаточно велика, то мощность помех на выходе решетки может оказаться сравнимой или даже существенно больше мощности полезного сигнала. Это может привести к потере работоспособности РЛС с такой антен­ной системой, если не будут приняты специальные меры. Они могут заклю­чаться в том, например, чтобы выставить весовые коэффициенты решетки так, как указано на рис. 1.12, б. При этом ДН решетки на частоте изменится сле­дующим образом. Боковой лепесток, максимум которого ранее совпадал с на­правлением на источник помехи, сместится так, что направление нулевого приема совпадет с направлением на источник помехи. Главный лепесток ДН изменится при этом незначительно. Таким образом, будет существенно сниже­на чувствительность решетки по отношению к сигналу и помехе. Можно подобрать значения весовых коэффициентов решетки так, чтобы образовать зоны нулевого приема в направлениях на несколько источников помех. Но для этого необходимо заранее знать их угловые положения. В реальных условиях такой информации обычно нет, поэтому стремятся построить адаптивные системы, которые автоматически выставляют нули в направлениях воздействия источни­ков помех. Прежде чем перейти к описанию такого рода систем, которые полу­чили название адаптивных антенных решеток, кратко рассмотрим их различные схемы построения. По своей структуре все адаптивные антенные решетки представляют собой весовые сумматоры (рис. 1.13). В фильтре, предназначен­ном для обработки узкополосных процессов (рис. 1.13, а), каждый элемент ре­шетки соединен с переменным весовым умножителем и с фазовращателем (на 90°). К его выходу подключен второй умножитель. Сигналы с выходов умно­жителей суммируются. Такая решетка обеспечивает линейную обработку узко­полосных процессов. Если необходимо обрабатывать помехи и сигналы в ши­роком диапазоне частот, то все фазовращатели необходимо заменить линиями задержки с отводами.

Рис. 1.13. Виды адаптивных антенных решеток без цепей автоподстройки весовых коэффициентов для приема узкополосных сигналов (а) и для приема широкополосных сигналов или не разделяющейся обработки (б)

К каждому отводу подключается свой весовой умножитель. Если расстоя­ние между отводами достаточно мало, то такая схема приближается к идеаль­ному фильтру, который мог бы обеспечить управление фазой и величиной сиг­нала на каждой из частот заданного диапазона. Сигналы с выходов весовых ум­ножителей суммируются для получения выходного напряжения решетки. Этот вариант схемы решетки представлен на рис. 1.13, б. В такой системе удается сформировать нули ДН в направлениях на источники помех на каждой из час­тот заданного диапазона.

Обработка радиолокационной информации - процесс приведения получаемой с РЛС информации в пригодный для дальнейшей передачи вид.

Первоначально обработка радиолокационной информации осуществлялась оператором РЛС, который наблюдал за воздушной обстановкой на экране индикатора кругового обзора (ИКО). В простейшем случае на ИКО выводилась информация с выхода приемного устройства РЛС, а люминофор ИКО (который представлял собой электронно-лучевую трубку ЭЛТ с радиально-круговой разверткой, РКР) осуществлял интегрирование радиолокационной информации. По мере развития вычислительных средств появились возможности добавления функции полуавтоматического сопровождения (полуавтомат), а впоследствии и автозахвата (автомат). В полуавтомате оператор вручную завязывал трассу цели и дальше машина обрабатывала информацию самостоятельно и только лишь при необходимости запрашивая помощи у оператора. В автомате машина самостоятельно осуществляет не только сопровождение, но и завязку трасс. Однако возможности вычислительных средств не позволяют полностью отказаться от оператора - в сложной помеховой обстановке существующие алгоритмы значительно снижают свои показатели вплоть до неработоспособности.

Первичная обработка

Обработка эхо-сигнала (в активных РЛС с пассивным ответом) или активного ответа (в системах активного запроса-ответа, САЗО, опознавание «свой-чужой») с целью выделения полезной информации на фоне естественных и искусственных помех

Вход: сигнал с приемника, антенно-фидерной системы (АФС) РЛС.

Выход: положение целей, их угловой размер, азимут и расстояние.

Проводится: устройством первичной обработки (УПО), находящимся в РЛС;

Вторичная обработка

Предназначена для формирования трасс целей на основе данных с УПО. На основе данных первичной обработки осуществляется экстраполяция положения целей - определение их курса, скорости и высоты и прогнозирование положения цели в следующем периоде обзора. В процессе вторичной обработки повышается устойчивость сопровождения целей (цель экстраполируется несколько периодов обзора после пропадания цели, что позволяет сопровождать цели с неустойчивой отметкой. Также осуществляет отбрасывание ложных целей и трасс. Первоначально в момент появления вторичная обработка осуществлялась с помощью комплексов средств автоматизации автоматизированной системы управления (КСА АСУ), современные РЛС самостоятельно осуществляют данную обработку, при этом при необходимости обработка может быть перенесена на КСА по команде его оператора.

Вход: цели, полученные первичной обработкой.

Выход: номера целей, координаты, скорость, курс, высота, а также другие характеристики в зависимости от РЛС. Результаты вторичной обработки пригодны для выдачи информации потребителям (зенитно-ракетным войскам и истребительной авиации), также применяются для управления другими радиолокационными средствами, например радиовысотомером .

Проводится: оператором сопровождения вручную; КСА АСУ или ПОРИ - пунктом обработки радиолокационной информации (на уровне радиолокационной роты) полу- и автоматически.

Третичная обработка

Суть: сопоставление информации, полученной от нескольких источников.

Вход: трассы целей, полученные в результате вторичной обработки от различных источников РЛС, координаты источников РЛИ и их характеристики.

С помощью математических методов информация уточняется и дополняется, повышается полнота данных и устойчивость сопровождения целей, а также оптимизируется работа группировки радиолокационных средств с целью получения РЛИ максимального качества с минимальным расходом ресурсов с учетом обстановки и используемых средств. Выход: трассы целей, полученные с учётом передачи цели с одной РЛС другой, точности разных источников и т. д.

Проводится: на уровне радиотехнического батальона и выше; вручную, полуавтоматически или автоматически АСУ офицером группы боевого управления или по его команде оператором.

Напишите отзыв о статье "Обработка радиолокационной информации"

Отрывок, характеризующий Обработка радиолокационной информации

Он никого не знал, и, несмотря на его щегольской гвардейский мундир, все эти высшие люди, сновавшие по улицам, в щегольских экипажах, плюмажах, лентах и орденах, придворные и военные, казалось, стояли так неизмеримо выше его, гвардейского офицерика, что не только не хотели, но и не могли признать его существование. В помещении главнокомандующего Кутузова, где он спросил Болконского, все эти адъютанты и даже денщики смотрели на него так, как будто желали внушить ему, что таких, как он, офицеров очень много сюда шляется и что они все уже очень надоели. Несмотря на это, или скорее вследствие этого, на другой день, 15 числа, он после обеда опять поехал в Ольмюц и, войдя в дом, занимаемый Кутузовым, спросил Болконского. Князь Андрей был дома, и Бориса провели в большую залу, в которой, вероятно, прежде танцовали, а теперь стояли пять кроватей, разнородная мебель: стол, стулья и клавикорды. Один адъютант, ближе к двери, в персидском халате, сидел за столом и писал. Другой, красный, толстый Несвицкий, лежал на постели, подложив руки под голову, и смеялся с присевшим к нему офицером. Третий играл на клавикордах венский вальс, четвертый лежал на этих клавикордах и подпевал ему. Болконского не было. Никто из этих господ, заметив Бориса, не изменил своего положения. Тот, который писал, и к которому обратился Борис, досадливо обернулся и сказал ему, что Болконский дежурный, и чтобы он шел налево в дверь, в приемную, коли ему нужно видеть его. Борис поблагодарил и пошел в приемную. В приемной было человек десять офицеров и генералов.
В то время, как взошел Борис, князь Андрей, презрительно прищурившись (с тем особенным видом учтивой усталости, которая ясно говорит, что, коли бы не моя обязанность, я бы минуты с вами не стал разговаривать), выслушивал старого русского генерала в орденах, который почти на цыпочках, на вытяжке, с солдатским подобострастным выражением багрового лица что то докладывал князю Андрею.
– Очень хорошо, извольте подождать, – сказал он генералу тем французским выговором по русски, которым он говорил, когда хотел говорить презрительно, и, заметив Бориса, не обращаясь более к генералу (который с мольбою бегал за ним, прося еще что то выслушать), князь Андрей с веселой улыбкой, кивая ему, обратился к Борису.
Борис в эту минуту уже ясно понял то, что он предвидел прежде, именно то, что в армии, кроме той субординации и дисциплины, которая была написана в уставе, и которую знали в полку, и он знал, была другая, более существенная субординация, та, которая заставляла этого затянутого с багровым лицом генерала почтительно дожидаться, в то время как капитан князь Андрей для своего удовольствия находил более удобным разговаривать с прапорщиком Друбецким. Больше чем когда нибудь Борис решился служить впредь не по той писанной в уставе, а по этой неписанной субординации. Он теперь чувствовал, что только вследствие того, что он был рекомендован князю Андрею, он уже стал сразу выше генерала, который в других случаях, во фронте, мог уничтожить его, гвардейского прапорщика. Князь Андрей подошел к нему и взял за руку.
– Очень жаль, что вчера вы не застали меня. Я целый день провозился с немцами. Ездили с Вейротером поверять диспозицию. Как немцы возьмутся за аккуратность – конца нет!
Борис улыбнулся, как будто он понимал то, о чем, как об общеизвестном, намекал князь Андрей. Но он в первый раз слышал и фамилию Вейротера и даже слово диспозиция.
– Ну что, мой милый, всё в адъютанты хотите? Я об вас подумал за это время.
– Да, я думал, – невольно отчего то краснея, сказал Борис, – просить главнокомандующего; к нему было письмо обо мне от князя Курагина; я хотел просить только потому, – прибавил он, как бы извиняясь, что, боюсь, гвардия не будет в деле.
– Хорошо! хорошо! мы обо всем переговорим, – сказал князь Андрей, – только дайте доложить про этого господина, и я принадлежу вам. Волкова Г.А.

ИССЛЕДОВАНИЕ АЛГОРИТМОВ ВТОРИЧНОЙ ОБРАБОТКИ РАДИОЛОКАЦИОННОЙ ИНФОРМАЦИИ

Учебное пособие к лабораторной работе

ВТОРИЧНАЯ ОБРАБОТКА

РАДИОЛОКАЦИОННОЙ ИНФОРМАЦИИ.

Введение
Обработку радиолокационной информации делят на первичную и вторичную. Устройство первичной обработки решает задачи обнаружения и измерения координат (дальности, азимута и угла места) мгновенного положения цели относительно РЛС в каждом периоде обзора .

Координаты мгновенного положения как истинных, так и ложных целей в цифровом виде поступают в устройство вторичной обработки, в котором на их основе определяется местоположение каждой обнаруженной цели в избранной системе координат, в результате чего формируются отметки х , которые могут быть истинными и ложными. Отметка – совокупность кодов дальности, азимута и угла места в определенный дискретный момент времени.

Одна отметка, полученная в каком-либо обзоре, не позволяет принять решение о наличии цели в зоне обзора, так как могла быть ложной, по ней нельзя судить о траектории движения цели.

В устройстве вторичной обработки на основе отметок , полученных в n соседних обзорах, решаются следующие основные задачи:

Обнаружение траекторий целей,

Сопровождение траекторий целей,

Траекторные расчеты в интересах потребителей радиолокационной информации.

Эти задачи включают в себя оценивание параметров траектории, задаваемой обычно векторной функцией, расчет сглаженных (интерполированных) и упрежденных (экстраполированных) координат, а также операцию стробирования отметок целей. Вторичная обработка информации осуществляется автоматически, с помощью ЦВМ.

Рассмотрим один из способов автозахвата траектории цели на примере двухкоординатной РЛС. Пусть с устройства первичной обработки переданы координаты обнаруженной цели и сформирована отметка x 1 , не принадлежащая ни одной из ранее сопровождаемых траекторий. Эту отметку принимают за начальную отметку траектории цели. Поскольку РЛС предназначена для сопровождения объектов определенного класса (например, самолетов), то известны минимальная V min и максимальная V m а x скорости цели. Поэтому можно выделить область S 2 в виде кольца с центром в первой отметке и с радиусами R min =V min T обз и R m а x =V m а x T обз, в пределах которой может находиться цель в следующем обзоре, см.рис.1. Операция формирования области называется стробированием, а сама область - стробом.

Если в строб S 2 во втором обзоре попадает отметка x 2 , то происходит завязка траектории, причем, если таких отметок несколько, то каждую из них рассматривают как возможное продолжение траектории. Если в строб не попадает ни одной отметки, то происходит сброс. Критерий завязки траектории в этом случае "2/2".

По двум отметкам можно определить направление движения и среднюю скорость цели
, затем рассчитать возможное положение отметки в очередном (третьем) обзоре. Определение положения отметки в следующем обзоре называется экстраполяцией.

На этапе автозахвата траектории принимается простейшая гипотеза о прямолинейном и равномерном движении цели. Экстраполированные значения координат вычисляются по формуле:

.

Вокруг экстраполированной отметки образуется круговой строб S 3, размеры которого определяются погрешностями измерения положения отметки цели
и погрешностями расчета положения экстраполированной отметки
:

Факт попадания очередной получаемой отметки в строб проверяется путем сравнения разности координат полученной x i и экстраполированной x э i отметок с размерами полустроба:

.

Если в строб S 3 в третьем обзоре попала одна отметка, она считается принадлежащей обнаруживаемой траектории. Процесс продолжается. Если ни одной отметки не попадает в строб, то траектория продолжается по экстраполированной отметке, но размеры строба увеличиваются.

При обнаружении траектории маневрирующего объекта размеры стробов должны рассчитываться с учетом возможного маневра. Размер строба непосредственно влияет на показатели качества обнаружения траектории. Его увеличение приводит к увеличению числа ложных отметок в стробе, в результате возрастает вероят­ность ложного обнаружения F АЗ. Уменьшение размера строба может привести к непопаданию истинной отметки в строб, при этом сни­жается вероятность правильного обнаружения D АЗ.

При гауссовском распределении погрешностей измерения коор­динат и ошибок экстраполяции для обеспечения заданной вероят­ности попадания отметки в строб его форма должна совпадать с эллипсом ошибок; при обнаружении траектории в пространстве строб - эллипсоид ошибок . Однако формирование таких стробов сопряжено с большими вычислительными затратами, и на прак­тике ограничиваются формированием стробов такой формы, ко­торая удобна для вычислений в принятой системе координат. При этом образуемый строб должен охватывать эллипс (эллипсоид) ошибок.

Траектория считается обнаруженной, если выполняется критерий обнаружения. Структурная схема алгоритма автозахвата траектории представлена на рис.2, жирными стрелками показаны линии связи, по которым передается информация в виде кодов, по остальным линиям связи передаются «нули» и «единицы», соответствующие отсутствию и наличию отметки в стробе в i -м обзоре.

Обнаружение (автозахват) траекторий.
Процесс обнаружения (автозахвата) траектории является по существу процессом проверки гипотезы Н 1 о том, что совокупность полученных в соседних обзорах отметок является траекторией цели, относительно гипотезы Н0, что все эти отметки возникли в результате ложной тревоги.

При автозахвате траекторий используются критерии Неймана-Пирсона, Байеса и Вальда. Алгоритм автозахвата может быть получен методом отношения правдоподобия. Например, при использовании критерия Байеса оптимальная процедура автозахвата сводится к формированию отношения правдоподобия Λ и сравнению его с порогом Λ 0:

где
и
- совместные плотности распре-деления отметок при условии, что справедливы гипотезы Н 1 и Н 0 соответственно.

P 0 и P 1 - априорные вероятности отсутствия и наличия траектории соответ-ственно,

С 01 и С 10 - стоимости ошибок: ложного захвата траектории и пропуска траекто-рии соответственно.

Стоимости правильных решений приняты равными нулю. При этом минимизируется величина среднего риска , где F АЗ и D АЗ - вероятности ложного автозахвата и правильного автозахвата траектории цели соответственно.

Большие выигрыши во времени автозахвата получаются при использовании последовательного анализа (критерия Вальда) , когда отношение правдоподобия формируется по мере поступления каждой i -й отметки и сравнивается с двумя порогами:
и
:
.
При превышении верхнего порога выносится решение d 1 - траектория обнаружена; если  меньше нижнего порога, то выносится решение d 0 - траектория не обнаружена. Если же
,
то принимается решение d п о продолжении испытаний: производится (i+1) -й обзор, и описанная процедура повторяется. При этом решение в среднем принимается менее, чем за n обзоров.
Обозначим через { δ i , i =l, 2, ...} последо­вательность нулей и единиц, соответствующих отсутствию или на­личию отметок в стробах, формируемых в процессе обнаружения траектории:

при наличии отметки в стробе на i -м шаге;

в противном случае.

δ i =

Отношение правдоподобия на k-м обзоре

,

путем логарифмирования упрощается:

.

Тогда алгоритм обнаружения траектории при использовании критерия Вальда

сводится к добавлению к сумме "веса"
, если δ i =1 и вычитанию "веса"
, если δ i = 0 , и сравнению суммы в порогами lnΛ Н и lnΛ В.

При этом выигрыш по сравнению с обнаружителем Неймана-Пирсона составляют во времени обнаружения истинной траектории приблизительно е АЗ =D АЗ, а во времени обнаружения ложной траектории
.

Однако, для упрощения устройств обнаружения траекторий используют неоптимальные алгоритмы, например, k/m. Так, при использовании критерия «4/5» для обнаружения траектории необходимо, чтобы после завязки траектории по критерию «2/2» еще хотя бы 2 отметки в трех последующих обзорах попали в строб (критерий подтверждения траектории "2 из 3"). Обнаруженная траектория передается на сопровождение. Если подтверждения не происходит, траектория сбрасывается.

Эффективность алгоритмов автозахвата характеризуется:

Вероятностью обнаружения истинной траектории D АЗ;

Вероятностью обнаружения ложной траектории F АЗ;

Средним временем автозахвата истинной траектории T СР АЗ;

Средним временем автозахвата ложной траектории Т СР ЛЗ.

Для расчета этих характеристик используется аппарат цепей Маркова.

Применим математический аппарат цепей Маркова к анализу устройства (автомата) захвата, работающего по следующему алгоритму: завязка траектории производится по критерию "2/2", а обнаружение фиксируется, если отметка попадает в строб хотя бы в одном из трех следующих обзоров после завязки траектории (критерий подтверждения "1/3"). Таким образом, критерий обнаружения траектории может быть назван "2+1 из 5", т.е. "3 из 5".

Считаем, что на вход устройства захвата в очередном обзоре поступает "единица", если отметка цели попадает в экстраполированный строб, и "нуль", если отметка не попадает в этот строб.

Возможные комбинации "нулей" и "единиц" в течение m циклов обзора определяют состояния автомата. Составим таблицу состояний автомата захвата для критерия "3 из 5":
№ состояния комбинации "0" и "1" характерные состояния

1 11 -завязка траектории

3 111,1101,11001 -автозахват

5 11000 -сброс траектории
По таблице состояний строится граф, см. рис. 3. В узлах графа указаны состояния автомата. Над ребрами графа указаны вероятности перехода из состояния в состояние, причем принято, что попадание отметки в строб (появление "единицы" на входе автомата) происходит с вероятностью р , а отсутствие ее в стробе (появление "нуля" на входе автомата) - с вероятностью q .

Переход системы из состояния в состояние зависит:

От того, в каком состоянии находится автомат в данный момент,

От текущего входного воздействия ("единица" или "нуль" на входе). Следовательно, состояния автомата образуют простую цепь Маркова.

Вектор начальных состояний (в нашем случае - после второго обзора, чем и определяется индекс) -

показывает, что с вероятностью произошла завязка траектории по критерию "2/2", с вероятностью
завязка траектории отсутствовала, что соответствует сбросу траектории, а остальные состояния автомата к началу третьего обзора невозможны.

Матрица вероятностей переходов легко составляется на основе графа:

,

где номер строки соответствует номеру состояния, из которого переходит автомат, а номер столбца показывает, в которое состояние переходит автомат.

Можно определить векторы состояний автомата в 3,4 и 5 обзорах:

,

И т.д.
Рассчитанные векторы состояний для 3,4 и 5 обзоров имеют вид:

,
,
.
Сумма вероятностей по строке при этом равна единице.

Третий элемент вектора состояний дает значение вероятности автозахвата траектории за соответствующее число циклов обзора:

,

,

.

Поскольку р есть вероятность попадания отметки в строб, то по своему физическому смыслу р соответствует вероятности правильного обнаружения цели в стробе автозахвата D стр, а q = 1- D стр. На рис.4а построена зависимость вероятности автозахвата от номера обзора при разных вероятностях правильного обнаружения в стробе D стр. Видно, что с увеличением номера обзора вероятность автозахвата D АЗ возрастает, причем D АЗ тем больше, чем больше D стр.

Вероятность ложного автозахвата определяется тем же соотношением, с той лишь разницей, что р есть вероятность ложной тревоги в стробе автозахвата F стр, а q = 1- F стр.

Зависимости вероятности ложного автозахвата от номера обзора при разных вероятностях ложной тревоги в стробе приведены на рис.4б.

Вероятности D стр и F стр вычисляются по формулам:

D стр =D ; F стр =MF ,

где D и F - вероятности правильного обнаружения и ложной тревоги в элементе разрешения при первичной обработке, М - число элементов разрешения в стробе.

D АЗ (n) при D стр =0,8
D АЗ (n) при D стр =0,9

F АЗ (n) при F стр =

F АЗ (n) при F стр =

рис.4,а рис.4,б

Рассмотренный выше метод определения характеристик качества работы устройства автозахвата с использованием математического аппарата цепей Маркова является строгим аналитическим методом. Однако, недостатком этого метода является громоздкость вычислений при использовании более сложных критериев. Так, например, увеличение n приводит к повышению порядка матриц, и операции с ними становятся затруднительными . В этом случае для возведения матриц в степень и выполнения других операций необходимо использовать ЭВМ. Поэтому ниже предлагается упрощенная методика вычисления характеристик качества автозахвата, позволяющая с помощью графических построений рассмотреть процесс автозахвата на плоскости случайных блужданий.

Процесс автозахвата будем рассматривать в тех же предположениях, т.е. за начало автозахвата принимается наличие двух единиц подряд. Появление нулей и единиц на следующих шагах (циклах обзора) должно привести либо к пересечению верхнего порога "автозахват", либо нижнего порога "сброс". Между моментами появления комбинации "11" и пересечением верхнего или нижнего порога процесс переходит на каждом шаге в то или иное состояние. Поскольку появление на входе устройства нулей и единиц носит случайный характер, процесс перехода устройства из одного состояния в другое эквивалентен случайным "блужданиям". При этом плоскость, на которой происходят блуждания, принято называть "плоскостью случайных блужданий".

Траекторию блуждания процесса на плоскости можно рассматривать как движение (блуждание) некоторой точки, которую обычно называют "изображающей" точкой. Таким образом, весь процесс автозахвата можно представить графически. При этом расчет характеристик качества работы устройства автозахвата значительно упрощается и составления матриц в этом случае не требуется.

На рис.5 изображен график случайных блужданий для критерия "3 из 6". По оси ординат отложены номера шагов (циклов обзора), а по оси абсцисс - число нулей в имеющейся комбинации.

Движение изображающей точки начинается с момента появления двух единиц подряд, вероятность этого состояния р 2 . Стрелками указываются возможные направления перемещения изображающей точки, т.е. переходы из одного состояния в другое. Переходы в направлении вверх по вертикали происходят с вероятностью р , а по диагонали вправо и вверх - с вероятностью q. В предположении, что отдельные состояния независимы, вычисляются вероятности нахождения точки в каждом из состояний. Случайные блуждания этой точки происходят дискретно внутри области "неопределенность" до тех пор, пока точка не окажется либо на верхней пунктирной линии (состояние "автозахват"), либо на нижней (состояние "сброс"), после чего движение изображающей точки прекращается. Видно, что автозахват может произойти на третьем, на четвертом, на пятом и на шестом шаге, при этом оказываются вычисленными вероятности автозахвата на 3-м шаге (цикле обзора)
, на 4-м шаге
, на 5-м шаге
и на 6-м шаге
.

Вычисленные вероятности автозахвата на конкретном шаге позволяют определить, путем суммирования, вероятности автозахвата за конечное число шагов. Нетрудно убедиться, что при использовании критерия "3 из 6" вероятность автозахвата за 3 шага (цикла обзора) ; за четыре шага
, за пять шагов и, наконец, за шесть шагов.

Для расчета вероятности правильного автозахвата Dаз как функции числа шагов по-прежнему считаем p = D стр, q =1 - D стр, а для расчета вероятности ложного автозахвата F АЗ принимаем p = F стр, q =1 - F стр (используя те же соотношения).

Для расчета среднего времени автозахвата воспользуемся известной формулой математического ожидания:

,

где вероятности P l (на конкретном l -м шаге) должны удовлетворять условию нормировки:

,

т.е. соответствовать полной группе событий.

Легко убедиться в том, что события "автозахват произведен на l -м цикле обзора" при l от k до m для любого критерия вида "k из m" не образуют полной группы. Поэтому для вычисления Т необходимо произвести нормировку. Для критерия автозахвата "k из m" нормировка осуществляется следующим образом:

Тогда для критерия "3 из 6" среднее время автозахвата вычисляется по формуле:

,
где
.

Для расчета среднего времени правильного автозахвата T СР АЗ подставляем p = D стр,

q =1 - D СТР, а при расчете среднего времени ложного автозахвата T СР ЛЗ:

p = F стр, q =1 - F стр.

Результаты расчета вероятностей правильного и ложного обнаружения траектории, а также среднего времени автозахвата по предлагаемой методике с использованием "плоскости случайных блужданий" полностью совпадают с расчетом, основанным на применении аппарата дискретных цепей Маркова.

Сопровождение траекторий .
Сопровождение траекторий состоит в непрерывной привязке вновь получаемых в очередном обзоре отметок к соответствующим траекториям, сглаживании координат и оценивании параметров траектории движения цели. Структурная схема алгоритма сопровождения траектории представлена на рис.8.

Пусть в результате сопровождения селектированы отметки . На основе этих отметок, полученных с ошибками, необходимо вырабатывать непрерывные данные о траектории (сглаживание или интерполяция), а также определить параметры траектории с возможно меньшей ошибкой.

Обычно траектория цели задается полиномом -й степени (сглаживающая функция) для каждой из координат (дальности, азимута и угла места). Например, для координаты дальности:

,
степень которого зависит от маневренности цели. Коэффициенты полинома
, имеющие смысл дальности r 0 , скорости V r , ускорения a r и т.д. подлежат оценке.
Оценка параметров траектории может быть произведена методом максимума функции правдоподобия, при этом роль помехи играют ошибки измерения координат, распределенные нормально с нулевым средним значением.

Функция правдоподобия отселектированных отметок
опре-деляется n -мерной гауссовской плотностью вероятностей
.

Логарифмируя
и определяя частную производную по каждой из оцениваемой величин
, составляется система уравнений правдоподобия:

Под третичной обработкой понимается процесс обработки сигналов или объединения первичной радиолокационной информации по пространству с це­лью улучшения характеристик радиолокационного наблюдения:

характеристик обнаружения;

характеристик распознавания;

точность характеристик измерения координат и параметров движения воздушного объекта.

При третичной обработке решаются следующие задачи: отождествление отметок от одного воздушного судна, полученных различными источниками информации; формирование измерений по данным от нескольких источников; построение траектории по объединенным данным.

Основой объединения сигналов является наличие рассеянного или излу­ченного воздушным судном сигнала в пространстве, намного превосходящем по размерам ограниченное пространство однопозиционного радиолокационно­го наблюдения.

Если сигналы или первичную радиолокационную информацию, получен­ные в отдельных пунктах наблюдения, передать и сосредоточить в некотором центре обработки, то это объединение позволит использовать в интересах улучшения характеристик радиолокационного наблюдения не только дополни­тельную энергетику, но и корреляционные связи принятых сигналов, а также пространственное подобие первичной радиолокационной информации об од­ном объекте от разных источников, обусловленное фактическим наличием воз­душного объекта в определенной точке пространства.

Энергетика принятого сигнала, которую можно использовать, пропор­циональна суммарному раскрыву разреженной апертуры.

Корреляционные связи принятых в разных точках пространства сигналов определяются, во-первых, расстоянием между этими точками, а во-вторых, ин­тервалом пространственной корреляции рассеянного или излученного целью сигнала. Последний определяется длиной волны λ , размером воздушного объ­екта (или раскрывом антенны излучающей системы) L и расстоянием от объек­та до зоны анализа R:

Если расстояние между пунктами приема меньше интервала простран­ственной корреляции сигнала , то принятые в этих пунктах сигналы являют­ся коррелированными, причем коэффициент их корреляции можно считать рав­ным

В противном случае принятые сигналы следует считать некоррелирован­ными. Корреляционные связи принятых сигналов могут быть использованы как для взаимной когерентной компенсации этих сигналов, так и для их когерент­ного сложения.

Пространственное подобие первичной РЛИ об одной цели от разных ис­точников (от разных пунктов приема и анализа), обусловленное фактическим наличием цели в определенной точке пространства, может быть использовано для отождествления РЛИ, полученной от разных источников, т. е. для закреп­ления сведений, полученных от разных источников, за одной определенной це­лью.

Техническим средством третичной обработки является многопозицион­ная радиолокационная система (МП РЛС). Под МП РЛС понимается радио­локационная система, которая включает несколько разнесенных в пространстве передающих, приемных или приемопередающих позиций и в которой произво­дится совместная обработка получаемых с помощью этих позиций сигналов или информации о наблюдаемых объектах (целях). Центр или пункт совместной обработки может быть расположен на одной из позиций МП РЛС и должен быть связан линиями связи со всеми позициями. Именно благодаря совместной обработке сигналов или информации достигаются основные преимущества МП РЛС.

Главным и наиболее существенным, с точки зрения структуры и характе­ристик МП РЛС, классификационным признаком когерентной обработки, опре­деляющим фактически способ пространственного объединения сигналов и пер­вичной РЛИ, является степень пространственной когерентности МП РЛС. Под пространственной когерентностью МП РЛС понимается способность ис­пользовать информацию, содержащуюся во взаимных фазовых соотношениях сигналов в разнесенных позициях. Следует различать пространственную коге­рентность МП РЛС и пространственную когерентность сигналов на входах приемных позиций МП РЛС. Последняя, как известно, зависит от размеров баз между позициями, длины волны, размеров цели, а также неоднородностей сре­ды распространения, в то время как пространственная когерентность МП РЛС характеризует, no-существу, технические возможности аппаратуры. В связи с этим можно выделить три способа пространственного объединения сигналов и первичной РЛИ:

а) способ пространственно-когерентного объединения сигналов с привяз­кой позиций по времени, частоте и фазе принятых СВЧ-колебаний;

б) способ частичного или неполного пространственно-когерентного объ­единения сигналов с привязкой позиций по времени и частоте;

в) способ пространственно-некогерентного объединения сигналов и пер­вичной РЛИ с привязкой позиций только по времени.

В пространственно-когерентных МП РЛС можно в принципе наиболее полно использовать информацию, содержащуюся в пространственной структу­ре электромагнитного поля, рассеянного или излученного целью, в том числе и в соотношении начальных фаз сигналов на входах разнесенных позиций В та­ких МП РЛС взаимные фазовые сдвиги сигналов в трактах разнесенных пози­ций и линиях связи известны и сохраняются практически неизменными на интервале времени, намного превышающем время наблюдения сигнала (напри­мер, в течение нескольких часов). В МП РЛС с продолжительной пространст­венной когерентностью необходима взаимная привязка разнесенных позиций не только по времени и частоте (опорным частотам передатчиков и гетеродинов приемников), но и по начальным высоко частотным фазам. С помощью какого-либо опорного сигнала (от радиоастрономического источника, «точечного» от­ражателя и др.) взаимные фазовые сдвиги могут периодически измеряться и корректироваться (юстироваться) или просто учитываться при обработке. Со­вокупность разнесенных позиций пространственно-когерентной МП РЛС мож­но рассматривать как единую разреженную антенную решетку, поэтому для получения приемлемой «диаграммы пространственной избирательности» тре­буется много позиции.

В пространственно-когерентных МП РЛС с частичной, неполной или кратковременной пространственной когерентностью пространственная ко­герентность сохраняется на интервале времени порядка времени наблюдения рассеянного или излученного целью сигнала. Обычно это время не превышает долей секунды. При совместной обработке сигналов может использоваться вся информация, содержащаяся в комплексных огибающих сигналов разных пози­ций, в том числе, в изменениях фазовых соотношений на интервале наблюде­ния для измерения тангенциальной скорости цели или источника активной по­мехи разностно-доплеровским методом. Однако информация, содержащаяся в соотношении начальных фаз сигналов, не используется. В таких системах не­обходима взаимная привязка разнесенных позиции только по времени и часто­те. Число разнесенных позиций в таких МП РЛС может быть значительно меньше, чем в пространственно-когерентных МП РЛС, и не требуется взаимная фазовая привязка позиций.

В пространственно-некогерентных МП РЛС фазовая информация пол­ностью исключается в результате детектирования сигналов до их объединения. В связи с этим не требуется не только фазовая, но, как правило, и частотная привязка позиций. Обычно необходима лишь взаимная временная привязка (синхронизация). Пространственно-некогерентные МП РЛС проще, чем МП РЛС с кратковременной, а тем более с длительной пространственной когерент­ностью. Однако исключение фазовой информации приводит к энергетическим и особенно к информационным потерям. В частности, невозможно измерение тангенциальной скорости источников помех разностно-доплеровским методом.

Пространственная некогерентность МП РЛС не исключает временную когерентность каждой позиции до совместной обработки. В МП РЛС, состоя­щей из нескольких приемопередающих позиций с временной когерентностью, можно измерять доплеровское смещение частоты эхо-сигналов, а, следователь­но, и радиальную скорость цели относительно каждой позиции.

В пространственно-некогерентных МП РЛС объединение сигналов или первичной радиолокационной информации может осуществляться на следую­щих уровнях:

а) объединение видеосигналов после детектирования в каждой позиции;

б) объединение обнаруженных и проклассифицированных отметок (еди­ничных решений) и единичных замеров; при этом вся первичная обработка смесей сигналов, внешних помех и собственных шумов, включая сравнение с порогом, измерение параметров обнаруженных сигналов и их классификацию, проводится в каждой позиции, а на совместную обработку поступает только информация, которая признана «полезной»;

в) объединение траекторий (трасс); при объединении траекторий в каж­дой позиции проводится не только первичная, но и вторичная обработка ин­формации, которая завершается построением траекторий целей; параметры тра­екторий сопровождаемых целей передаются в центр обработки для совместной обработки, в результате которой дополнительно отсеиваются «ложные» и уточняются «истинные» траектории.

Самолетный ответчик состоит из антенно-фидерного устройства, распре­делительного фильтра (РФ), приемника и дешифратора запросных сигналов, шифратора ответных сигналов и передатчика. Запросные сигналы с антенны ответчика через разделительный фильтр поступают в приемник, где преобра­зуются, усиливаются по промежуточной частоте и детектируются. Па выходе приемника ответчика образуется пачка парных импульсов запроса (рис. 6.3). Временные кодовые интервалы между парными импульсами (τ зк1 , τ зк2 ) опреде­ляют содержание информации, которую должен передать ответчик.

Запросные сигналы поступают на вход дешифратора, в котором произво­дится декодирование запрашиваемой информации. В простейшем случае де­шифратор представляет собой набор линий задержек со стандартными времен­ными интервалами задержки и логических схем «И». В результате совпадения двух запросных импульсов в дешифраторе образуется управляющий импульс для шифратора. Шифратор формирует импульсы координатного и соответст­вующего информационного кода (бортового номера или высоты и др.). На ин­формационные входы шифратора поступает информация от соответствующих датчиков. Шифратор формирует пачку ответных видеоимпульсов, в которой за­кодирована запрашиваемая информация. Эти импульсы поступают на вход пе­редающего устройства, состоящего из подмодулятора, модулятора и генератора свч.

Пачка видеоимпульсов преобразуется передающим устройством в пачку радиоимпульсов, которые через развязывающий фильтр поступают в антенну и излучаются в пространство. Несущая частота ответных сигналов (f o = 740 или 1090 МГц) отличается от несущей частоты запросных сигналов. Развязываю­щий фильтр выполняет функции антенного переключателя и выполняется обычно на полосковых линиях.

Ответные сигналы принимаются антенной и приемником вторичного ра­диолокатора и декодируются. В ответном сигнале имеются два координатных (опорных) импульса. По времени запаздывания этих импульсов относительно запросных с учетом времени задержки на кодирование и декодирование, определяется дальность до ответчика. Угловая координата ответчика определяется методом пеленгации по максимуму (в моноимпульсных системах метод иной и будет изложен ниже).

Дешифратор вторичного радиолокатора выделяет дополнительную ин-

формацию, переданную ответчиком (бортовой номер, высота и др.), которая

отображается на индикаторных устройствах.

В обобщенной структурной схеме изображены лишь основные устройст­ва, поясняющие основной принцип действия системы вторичной радиолокации. Для обеспечения надежной работы системы как наземное, так и бортовое обо­рудование содержит дополнительные устройства, например, устройства, устра­няющие влияние боковых лепестков диаграммы направленности антенны запросчика.

5.3. Кодирование запросных и ответных сигналов

5.3.1. Методы кодирования запросных и ответных сигналов

Для передачи информации во вторичных радиолокаторах применяется импульсное кодирование. Импульсный код - это совокупность импульсов, рас­положенных в соответствии с правилами кодирования. В качестве кодирующих признаков могут использоваться: длительность импульса, число импульсов, расстояние между импульсами, частота и фаза, наличие или отсутствие им­пульсов на определенных позициях. Интенсивность сигнала в качестве призна­ка кодирования не используется из-за малой помехоустойчивости.

В существующих системах вторичной радиолокации используются два вида кодирования: времяимпульсное и позиционное.

Времяимпульсное кодирование применяется в запросном канале. При этом методе каждому из значений информации, подлежащей передаче, при­сваивается свой временной интервал. На рис. 5.4. изображена структура времяимпульсного кода. На рисунке обозначены: Т к - кодовый интервал

Δ t 1 интервал кодирования. Максимальное число днухимпульсных кодов N определяется следующим образом:

Времяимпульсные коды не могут дать большого числа кодовых комби­наций без значительного увеличения кодового интервала или увеличения числа импульсов в коде. Число вариантов запросных сигналов в системах вторичной радиолокации невелико, поэтому в запросном канале применяется двухимпульсное времяимпульсное кодирование.

Ответная информация имеет значительно больший объем, поэтому в от­ветном канале применяется позиционное кодирование, при котором значение ответной посылки определяется местами расположения импульсов кода на вре­менной оси. Ответная информация имеет постоянный объем, носители инфор­мации являются десятичные и двоичные числа, для представления которых ис­пользуется позиционная система счисления. В этой системе значения разрядов чисел зависят от места, отведенного каждой из цифр. Так, например, десятич­ное число 623 может быть представлено в виде: 6·10 2 +2·10 1 +3·10°. Каждому разряду числа при этом соответствует своя позиция.

Любое число в позиционной системе может быть записано следующим образом:

где a n , … - коэффициенты слагаемых; Р - основание системы.

При основании Р=2 базисом числа являются две цифры: 0 и 1, а при Р=10 используются цифры 0, 1, ..., 9.

Ответная информация с борта воздушного судна кодируется с использо­ванием двоично-десятичной и двоично-восьмеричной системы счисления. Чис­ло значений N дискретной информации, которое может быть переданным кодом, составляет N=2 m (m - разрядность кода). Передача символом 0и 1 двоичных чисел может быть осуществлена импульсным сигналом (отсутствие или наличие импульса на определенной временной позиции). Двоично-десятичная система применяется в ответных кодах режима УВД (отечествен­ный режим) Двоично-восьмеричный код имеет базис цифр 0, ...,7 и применя­ется для ответных кодов высоты в режиме RBS (международный режим).

При передаче числа позиционным двоичным кодом каждому из его разрядов определено свое место (позиция). Существует два способа предоставления позиций (рис. 5.5).

На рис. 5.5, а изображен четырехразрядный двоичный позиционный код с пассивной паузой. При этом каждому из четырех разрядов предоставляется од­на временная позиция. Единица соответствует наличию импульса, нуль - его отсутствию. Во втором случае (рис. 5.5, б) каждому из четырех разрядов двоич­ного числа предоставляется две временные позиции. Импульс на первой пози­ции обозначает «1», на второй - «О». Этот метод называется методом с актив­ной паузой.

5.3.2. Структура запросных сигналов

Кодирование запросных сигналов осуществляется с целью уменьшения вероятности срабатывания ответчика от случайных сигналов, а также для полу­чения определенного вида информации по каналу ответа.

В существующих системах вторичной радиолокации применяются два формата стандарта кодирования (отечественный и международный). Передача кодированных сигналов по нормам ICAO производится только на несущих час­тотах 1030 МГц (запрос) и 1090 МГц (ответ). Отечественный стандарт устанавливает частоты: 837,5МГц (запрос) и 740МГц (ответ). Кодирование запросных сигналов в обоих форматах производиться импульсно-временным кодами.

Запросный код состоит из двух импульсов, обозначаемых Р 1 и Р 3 с кодовым интервалом τ зк между их фронтами. Кодовые интервалы и вид запрашиваемой информации представлены в табл. 5.1.

Таблица 5.1

Сигналы запроса режима RBS имеют вертикальную поляризацию, режи­ма УВД - горизонтальную. Для подавления сигналов боковых лепестков в трехимпульсной системе подавления по каналу запроса между импульсами Р 1 и Р 3 излучается импульс Р 2 следующий через 2±0,15 мкс после импульса Р 1 . Длительность импульсов запросных кодов и импульса подавления составляет 0,8 ±0,1 мкс.

5.3.3. Структура ответных сигналов

5.3.3.1. Ответный сигнал режима УВД

Ответный сигнал самолетного ответчика включает в себя: координатный, ключевой и информационный сигналы. Структура ответного сигнала изобра­жена на рис. 5.6.

Координатный код состоит из двух импульсов, обозначенных РК 1 и РК 3 . Временной интервал между ними зависит от кода запроса и определяется в со­ответствии с табл. 5.2.

Совместно с импульсами РК 1 и РК 3 может передаваться сигнал «бедст­вие», который должен отстоять от импульса РК 3 на 6 мкс.

После координатного кода следует ключевой код, состоящий из трех им­пульсов РКИ 1..3 Интервал τ к _ кл, между импульсом РК 3 координатного хода и импульсом РКИ 1 должен соответствовать следующим значениям: при передаче

бортового номера - 8,5 мкс; высоты полети и запаса топлива 14 мкс; вектора

скорости - 10 мкс. Ключевой код передается в двоичном системе счисления

тремя разрядами методом активной паузы. И каждом разряде дно починим, временной интервал между которыми 4 мкс. Ключевой код 1 К), изображенный на рис. 5.6, соответствует передаче бортового номера.

Для передачи информационного сигнала используется двоичная система счисления. Информация передается 40 разрядами методом активной паузы (80 позиций). Временной интервал между соседними позициями в разряде - 4 мкс. Для повышения достоверности информации на земле, она передается дважды: с 1-го по 20-й разряд и с 21-го по 40-й разряд. Временной интервал между по­следней позицией ключевого кода и первой позицией информационных им­пульсов составляет 4 мкс.

На рис. 5.7. изображена полная структура ответного сигнала при запросе бортового номера. Все разряды ответного кода разбиваются на декады (по че­тыре разряда в каждой), причем в первой декаде передаются единицы, во вто­рой - десятки, в третьей - сотни, в четвертой - тысячи, в пятой - десятки тысяч. Такой код называется двоично-десятичным пятидекадным четырехразрядным. Он позволяет передавать номера от 00000 до 99999. На рис. 5.7 изображена структура ответного сигнала при передаче бортового номера 12345. Формиро­вание кода сигнала бортового номера поясняется таблицей 5.3.

При запросе кодом ЗК2 ответчик передает информацию о высотеполета и остатке топлива. Информация о высоте передается и 1...14 разрядах. В 15-м разряде указывается признак высоты: «1» абсолютам; « - относительная. В 16-м разряде значение «1» соответствует сигналу БЕДСТВИЕ (этот же сигнал указывается импульсом РК 2 в координатном коде). Данные о запасе топлива в процентах от полной вместимости топливных баков даются и 17...20 разрядах информационного кода. На рис. 5.8. изображена структура ответного сигнала при запросе текущей информации: абсолютная высота 1270 м и остаток топлива 30%. Формирование ответного сигнала поясняется таблицей 5.4, 5.5.

В ответном сигнале, возможно, передавать высоту полёта до 30000м с градациями через 10м. Кроме того, возможна передача отрицательных значений абсолютной барометрической высоты от 0 до 300м. При передаче отрицательны значений высоты 8, 13, 14 должны иметь символ «0», а разряды 9, 10, 11, 12 – символ «1». Значение абсолютной высоты передается группой разрядов 1…7.

При запросе кодом ЗКЗ ответчик формирует информационное слово,

обеспечивающее передачу аргумента вектора скорости в пределах от 0 до 360

градусов с градацией 1 градус и значения модуля вектора скорости в интервале от 0 до 3500 км/ч с градацией 10 км/ч. Данные об аргументе и модуле вектора скорости передаются с использованием трех десятичных цифр в соответствии с таблицей 5.6, 5.7.

6.4.3.2 Ответный сигнал режима RBS

Структура ответного сигнала в режиме RBS изображена на рис. 5.19.

Сигнал состоит из двух опорных импульсов F 1 и F 2 , которые являются коорди­натными. Между этими импульсами расположены 13 позиций информационно­го кода. Информационный код включает в себя четыре трехразрядных декады А, В, С, D информационных импульсов. По требованию диспетчера с земли по­сле импульса F 2 может передаваться импульс опознавания (SPI), предназначен­ный для опознавания одного из двух воздушных судов с одинаковым кодом опознавания. Несущая частота сигнала 1090МГц, поляризация вертикальная.

Временной интервал между опорными импульсами 20.3 мкс. Импульс: SPI следует за импульсом F 2 через 4,35 мкс. Все импульсы имеют длительность 0,45 мкс. Временные позиции соседних разрядов информационных импульсов следуют через 1,45 мкс.

При запросе кодом А самолетный ответчик передает условный номер на­туральным двоично-восьмеричным четырехразрядным кодом. Декадой А пере­даются тысячи, В - сотни, С - десятки, D - единицы. Каждая декада имеет три разряда, поэтому передача чисел 8 и 9 невозможна. Наибольшее число, которое может быть передано - 7777, а общее количество чисел - 4096.

На рис. 5.10 изображено расположение информационных импульсов

при передаче условного номера 7600, что соответствует сообщению об отсутствии радиосвязи. Позиция, обозначенная Р - резервная. Формирование кода условного номера можно пояснить таблицей 5.8.

При запросе ответчика кодом С с борта воздушного судна передается ин­формация о барометрической высоте в футах с градацией через 100 футов

(30,48 м). Передача данных о высоте ведется четырьмя декадами со следующими ми градациями в декадах:

D-32000 футов,

А - 4000 футов,

В-500 футов,

С - 100 футов.

Отсчет высоты ведется от остаточной - 1200 футов.

При передаче быстроменяющейся информации о высоте международны­ми нормами утвержден циклический код Гиллхема, представляющий собой со­вокупность трехдекадного кода Грея и специального трехразрядного кода Гиллхема. Особенностью такого кода является то, что для соседних градаций высоты коды различаются в одном разряде, что уменьшает вероятность ошибок при наложении цифровых значений высоты.

Для передачи рефлексного кода Грея используются декады D, А, В ответ­ного сигнала, для передачи специального трехразрядного кода-декада С.

Для того, чтобы десятичное число записать в виде натурального кода Грея, необходимо вначале его представить натуральным двоичным кодом, а за­тем сдвинуть разряды двоичного числа на один разряд вправо (младший разряд теряется), а потом произвести поразрядное сложение сдвинутого и не сдвинуто­го числа без переноса из разряда в разряд. При этом считается, что 1+1=0. Зер­кальный код Грея создается зеркальным отображением двух младших разрядов натурального кода Грея и заменой у натуральных кодов Грея нулевого старше­го разряда на единицу (у чисел 0, 1, 2, 3), а единичного - на нуль (у чисел 4, 5, 6, 7). В таблице 5.9 приведены названные коды.

Таблица 5.9

Рефлексный код Грея строится следующим образом. Если на предыдущих соседних трех позициях высшего разряда передаваемого десятичного числа записано четное число, то на следующих позициях низшего разряда десятичное число запишется натуральным кодом Грея. Если записано нечетное ЧИСЛО, то используется зеркальный код Грея. Специальный рефлексный код, используемый для передачи младших разрядов высоты, приведен в таблице 5.10.

Для примера, рассмотрим структуру ответного сигнала мри кодировании высоты 134480 футов. С учетом остаточной высоты 1200 футов необходимо на землю передать значение высоты, равное 135680. Число градаций старшей де­кады D определится следующим образом:

135680ф:32000ф=4 (остаток 7680ф).

Число «4» записываем в натуральном коде Грея (более старшей декады нет, что соответствует нулю в предыдущих разрядах): 110, причем D 1 = l; D 2 = l; D 4 = 0. Число градаций, которое необходимо записать в декаде А:

7680ф:4000ф=1 (остаток 3680ф).

Число «1» записываем в том же натуральном коде Грея, поскольку в предыду­щем разряде записано четное число. Код будет равен 001 :А 1 =0; А 2 =0; А 4 =1.

Число градаций в декаде В:

В соседней декаде записано нечетное число, поэтому в декаде В число «7» за­писывается зеркальным кодом Грея, а именно, 000: В 1 =0; В 2 =0; В 4 =0.

В соответствии с таблицей 5.10 180 футам соответствует десятичное чис­ло «2», учитывая, что в соседней декаде В записано нечетное число, декаду С

следует кодировать зеркальным специальным рефлексным кодом: 110. При этом С 1 =1; С г =1; С 4 =0. Структура информационного сигнала, в котором зако­дирована высота 134480 футов, изображена на рис. 5.11.

Для получения числа, обозначающего высоту, необходимо пользоваться специальными таблицами.

5.4. Дешифрация ответной информации

5.4.1. Дешифрация сигналов в режиме УВД

Входная информация, включающая в себя запросные коды и ответные видеосигналы режимов УВД и RBS, с выходов соответствующих корректи­рующих видеоусилителей поступает на входы трех дешифраторов (рис. 5.13).

Состав обрабатываемой информации определяется структурой запросных кодов. Импульсы запросных кодов Р 1 и Р 3 поступают на дешифратор режимов, где происходит их декодирование и формирование соответствующих стробов режимов А, В, С, D.

Эти стробы являются служебными для селектирования определенной от­ветной информации. Они поступают через плату сопряжения на выходные устройства.

В плате сопряжения осуществляется нормирования служебных сигналов ВРЛ и распределение их на устройства аппаратуры.

Дешифраторы УВД и RBS включают в себя дешифраторы координатных, ключевых кодов, кодов «Бедствие», «Знак», а также дешифраторы информации, поступающей из приемных устройств ВРЛ.

Для обработки информации от ВС, находящихся на незначительном уда­лении друг от друга, дешифраторы выполнены как двухканальные, что позво­ляет производить декодирование сигналов при наложении ответных кодов.

Декодированная координатная информация очищается в фильтре от не­синхронных помех. Декодированная информационная посылка ИКАО о высоте полета, передаваемая в футах, преобразуется в метры и поступает так же, как и информационная посылка УВД, на выходные устройства. В режиме А инфор­мационная посылка проходит на выходные устройства через преобразователь футы-метры без изменения.

Принцип действия дешифратора УВД

Дешифратор УВД (рис. 5.13) осуществляет декодирование координатного кода, кода «бедствие», ключевого кода, кода «Знак» и информационного слова, выдаваемых ответчиком при запросе кодами ЗК1 и ЗК2.

Дешифратор декодирует одиночные и переплетенные ответные коды, образованные в результате наложения двух ответов для близко летящих ВС, исправляет в ответной посылке одиночные и обнаруживает двойные ошибки. По­скольку каждый разряд информационного слова передается на двух позициях, то возможно преобразование одиночных и двойных ошибок. Одиночной ошиб­кой считается стирание или возникновение одного из символов в разряде ин­формационного слова. Двойной ошибкой считаются следующие искажения: стирание одного и возникновение другого символа в разряде, образование двух ошибочных символов, стирание двух символов. Так как ответчик при работе кодами УВД на каждый запрос дважды выдает информационное слово, то для обнаружения и исправления ошибок в дешифраторе УВД осуществляется запо­минание первого 20-разрядного слова и его поразрядное сравнение с одно­именными позициями второго слова.

Дешифратор УВД осуществляет декодирование ключевого кода при оди­ночных ответах по логике «2 из 3», а при переплетенных ответных кодах - по логике «3 из 3», т.е. совпадением любых двух из трех или трех из трех импуль­сов ключевого кода.

Входной ответный сигнал поступает на дешифратор кодов ДК1, в кото­ром осуществляются его нормализация по амплитуде и селекция по длительно­сти. Информационное слово без задержки поступает в дешифратор информа­ции. Импульсы стирания запрещают прохождение информационных импульсов на выход платы ДК1. После задержки на 6 мкс в ДК1 все импульсы, предшест­вующие информационному слову, поступают на дешифратор кодов ДК2, где происходит их дополнительная задержка на 22 мкс, которая позволяет осуще­ствлять декодирование координатного кода, кода «бедствие» и ключевого кода по логике «3 из 3». В дешифраторе кодов ДКЗ декодированная координатная отметка задерживается еще на 16 мкс для совмещения с последним импульсом ключевого кода. В случае одиночных ответов в плате ДКЗ осуществляется так­же декодирование ключевого кода по логике «2 из 3», что позволяет увеличить вероятность декодирования ключевого кода при подавлении одного из трех им­пульсов ключевого кода.

Для декодирования информационного слова, служат кварцевый калибра­тор КК и дешифратор информации ДИ. Декодированным импульс ключевого кода с выхода дешифратора ДКЗ запускает кварцевый калибратор, вырабаты­вающий опорные импульсы частотой 4 МГц. Из импульсов кварцевого калиб­ратора формируются импульсы сдвига, позволяющие выделить и записать в дешифраторе информации только информационное слово длительностью 160 мкс. В устройстве контроля один раз в 10с формируется контрольный текст, который обрабатывается дешифратором. После анализа выносится решение о состоянии дешифратора.

5.4.2. Дешифратор режима международного диапазона

В состав дешифратора канала МД входят дешифратор режимов, в кото­ром путем декодирования запросных кодов формируются служебные стробы режимов, дешифратор информации, включающий дешифратор аварийных ко­дов и импульсов опознавания.

Функциональная схема дешифратора канала МД представлена на рис. 5.14. В плате дешифратора режимов, кроме формирования стробов режи­мов, производится декодирование координатного кода путем задержки ответ­ного сигнала и совмещения опорных импульсов F 1 и F 2 .Совпадение импульсов F 1 и F 2 фиксируется на схеме И1, где и происходит образование импульса деко­дированной координатной отметки (ДКО). Перед подачей на схему задержки импульсы входной информации селектируются по длительности в пороговом устройстве ПУ и на счетных триггерах распределителя Р преобразуются в пе­репады напряжений. Данное преобразование улучшает условие прохождения сигнала через узкополосную линию задержки ЛЗ на 20,3 мкс. На выходе ЛЗ импульсы восстанавливаются по длительности и поступают на схему И1 и на сдвигающие регистры дешифратора информации.

Декодирование запросных кодов осуществляется по принципу совпаде­ния импульсов Р 1 и Р 3 запросных кодов, соответствующих режимам. Стробы режимов формируются на триггерах Тг1...Тг4, которые запускаются импуль­сами декодированных запросных кодов, а в нулевое состояние возвращаются импульсом «Конец дистанции».

В плате дешифратора координатных отметок ДКО производится логиче­ская обработка КО. Двухканальная схема построения ДКО и ДИ канала МД по­зволяет декодировать ответы от двух самолетных ответчиков, информационные посылки от которых взаимно наложились. Исключение представляет случай. когда интервал между кодовыми импульсами первой и второй посылками равен точно 1,45 мкс. В этом случае ДКО выдает только координатные отметки, а от­ветная информация не обрабатывается. Схема анализа в этом случае выдает сигнал «Искажение информации» и блокирует выдачу сигналов «Считывание» и «Признак». Декодированные координатные отметки запускают девятиразряд­ные счетчики Сч, причем схема управления включения СУВ счетчиков обеспе­чивает запуск Сч1 первой КО, а второй - последней КО в их возможной серии на интервале 24,65 мкс. Счетчики с помощью импульсов кварцевого генератора КГ, период следования которых пропорционален 1,45 мкс, формируют выходную координатную отметку, а также последовательность стробирующих, сдви­гающих и других вспомогательных импульсов, которые управляют работой дешифратора информации. Выходная координатная отметка (ВКО) канала МД формируется через 24,65 мкс (20,3 + 4,35 мкс) после запуска счетчика. При ра­боте с совмещенными кодами ВКО снимается с последнего триггера счетчика через 37,7 мкс после его запуска, т.е. дополнительно задерживается на 13 мкс и используется в плате формирователя канала ОД для выработки сигналов управ­ления дешифратором отечественного капана. Одновременно с ВКО формиру­ются сигналы считывания (переписи) и признака канала. Импульс считывания аварии совпадает по времени с ВКО 24,65 мкс. Импульс считывания SPI пред­ставляет собой ВКО 37,7 мкс, задержанную дополнительно на 4,35 мкс. Сигнал «Перепись» позволяет пересылать информацию из сдвигающегося регистра PC в регистр памяти РП ДИ. По существу ДИ представляет собой преобразователь последовательного кода в параллельный. С выходов регистров памяти инфор­мация поканально в параллельном коде поступает на дешифратор аварийных кодов ДАК, а также на преобразователь информации «Футы-метры». Декодиро­вание аварийных кодов осуществляется на схемах совпадения при наличии строба «Режимов А + В» и импульса считывания аварии. В блоке ДИ канала МД предусмотрено накопление декодированных импульсов аварии в течение нескольких зондирований для уменьшения вероятности ложной тревоги и по­следующей выдачи на выходное устройство сигналов аварии: 7700, 7600 и 7500.

Информация о высоте в футах, передаваемая согласно нормам ИКАО, в режиме С кодом Гиллхэма преобразуется в преобразователе «Футы-метры» в метрическую систему счисления и представляется в виде двоично-десятичного кода. Четыре канала преобразователя осуществляют координатный анализ и обработку поступающей информации. В режимах А и В информационная по­сылка не подвергается преобразованию.

Выходная декодированная координата дополнительно очищается от не­синхронных помех в устройстве защиты, представляющем собой гребенчатый фильтр, настроенный на частоты, кратные частоте повторения импульсов за­пуска ВРЛ (рис. 5.15). Основу фильтра составляют два регистра сдвига Рг на 35

разрядов каждый и схемы совпадения. Каждый разряд состоит из двух ячеек триггерной памяти: основной и промежуточной. С помощью тактовых импуль­сов входной сигнал продвигается по регистрам сдвига, причем время задержки в каждом регистре определяется генератором тактовых импульсов ГТИ, кото­рый запускается импульсом генератора запуска ГЗ, совпадающим с началом от­счета дальности, а останавливается импульсом счетчика Сч, соответствующим концу периода следования запросных импульсов ВРЛ. При логике обработки 2/2 задержанный сигнал подается на схему совпадения И с Рг1.При логике об­работки 2/3 задержанный на два периода повторения сигнал снимается с выхо­да регистра Рг2. Сигнал «Управление очисткой» позволяет блокировать фильтр. Дешифратор МД выполнен на четырех печатных платах с использова­нием микросхем 130, 133, 136 и 217 серий.

5.5. Дискретно-адресная система вторичной радиолокации

Существующая система вторичной радиолокации обладает рядом недос­татков, наиболее существенными из которых являются следующие:

Наложение ответных сигналов от воздушных судов, имеющих близкие зна­чения наклонной дальности и азимута;

Ложные ответы на запросы по боковым лепесткам ДНА;

Переотражения сигналов от находящихся вблизи систем вторичной радиоло­кации «местных» предметов (возвышенностей, зданий и т.п.);

- насыщение радиоканала сигналами из-за приема всех ответов па все запросы.

Кардинальным решением для устранения недостатков является переход к системам вторичной радиолокации с адресным запросом. В такой системе каж­дое воздушное судно имеет свой код адреса и отвечает на запрос только на свой код. При индивидуально-адресном запросе ответный сигнал будет излучать только один ответчик, адрес которого указан в запросе.

Дискретно-адресная система предполагает присвоение каждому воздуш­ному судну адресного кода. Наземная станция должна содержать в оператив­ном запоминающем устройстве данные об адресном коде и приблизительном местоположении всех воздушных судов, находящихся в зоне обнаружения ВРЛ. Для выявления новых воздушных судов предусмотрен режим опроса всех самолетов. По ответной посылке наземная станция определяет оснащенность воздушного судна аппаратурой DABS (Discrete address beacon system). To воз­душное судно, которое имеет ответчик дискретно-адресной системы, в режиме опроса сообщает свой адресный код. Последующий запрос будет направляться только по соответствующему адресу, поэтому ответчики, имеющие другие ад­реса, на него не отвечают. В наземной станции предполагается использование моноимпульсного метода радиолокации, что позволит повысить точность опре­деления азимута объекта. Все это обусловливает уменьшение помех в каналах запроса и ответа, а также уменьшить темп запроса.

Формат сигналов запроса адресной системы ВРЛ выбран таким образом, чтобы она была полностью совместима с существующей системой. Система имеет общий и адресный коды запроса. Структура сигнала общего запроса изо­бражена на рис. 5.16.

На общий запрос реагируют ответчики воздушных судов в любом режиме. Ин­тервал в соответствует режиму RBS, интервал с - режиму УВД. Импульс Р4 используется адресным отметчиком для сообщения запросчику индивидуального кода.

Адресный запрос (рис. 5.17) начинается с преамбулы, состоящей из двух импульсов, воспринимаемых обычными ответчиками как запрос, излучаемый по боковым лепесткам ДНА. Поэтому обычные ответчики на адресный запрос не отвечают. За преамбулой (или ключевым кодом) следует информационный

сигнал, который содержит 56 или 112 бит информации, передаваемой относи­тельной фазовой модуляцией. Модуляция фазы высокочастотной несущей обеспечивает скорость передачи данных 4 Мбит/с, что позволяет передать 112-битовое сообщение за время, соответствующее блокировке обычных ответчиков. При относительной фазовой модуляции первый поворот фазы является синхронизирующим. Каждый следующий поворот возможен с декретом 0,25

мкс. Для защиты адресного ответчика от приема запросов по боковым лепесткам ДНА используется импульс подавления РS, который передается с помощью антенны, центрируется относительно момента опрокидывания синхрофазы. Появление импульса Р5 при достаточной амплитуде затеняет опрокидывание синхрофазы в адресном ответчике, и результате чего информация не кодируется,

Информационная часть сигнала запроса, передаваемая импульсом Р6 со­держит:

Две продолжительные посылки (1,25 и 0,5 мкс), предназначенные для под­стройки по фазе гетеродина бортового ответчика;

32 или 88 импульсов для передачи кода запроса;

24 импульса адреса запроса.

Код адреса имеет разряд, служащий для выявления ошибки в коде путем проверки его на четность. Код позволяет создавать 2 23 (примерно 16 млн.) ин­дивидуальных запросов. Информационный сигнал передается с помощью фа-зоманипулированного сигнала. Символу «0» соответствует нулевая фаза несу­щей частоты, символу «1» - φ = 180°.

Адресный ответ (рис. 5.18) состоит из четырехимпульсной преамбулы, сопровождаемой последовательностью импульсов, которые содержат 56 или 112 битов информации.

Двоичные данные передаются со скоростью 1 Мбит/с, причем интервал 1 мкс соответствует каждому биту. Такая скорость передачи данных по каналу «борт-земля» позволяет генерировать отпетые импульсы в режимах УВД, RBS, S (адресный запрос) одним передатчиком. Если значение бита равно еди­нице, то импульс длительностью 0,5 мкс передается и нерпой половине интер­вала, если нулю - во второй.

Четырехимпульсный ключ позволяет легко различить адресный ответ от ответа режимов УВД, RBS и разделить их при взаимном наложении. Выбор кодоимпульсной модуляции для передачи данных по каналу ответа позволяет обеспечить высокую помехоустойчивость к мешающим сигналам УВД, RBS, a также способствует получению постоянного числа импульсов в каждом коде, гарантирующем достаточную энергию для точного моноимпульсного приема.

К характеристикам систем вторичной радиолокации, работающим в ре­жиме S (дискретно-адресный режим), предъявляются более жесткие требова­ния. Обязательным является использование моноимпульсной обработки для измерения азимута воздушных судов. Допуск на нестабильность частоты со­ставляет ±0,01 МГц. Дискретно-адресные системы позволяют эффективно ра­ботать в зонах с интенсивным движением воздушных судов. Широкие перспективы таких систем обусловлены высокой надежностью, большой пропускной способностью цифровых линий передачи данных.